基于X射线吸收光谱法的塑料薄膜厚度测量

塑料薄膜是我国塑料产品中占比五分之一的大宗类型,在厂家生产时最重要的指标之一为塑料薄膜厚度,如何准确、快速、方便地测量塑料薄膜厚度是一项具有重大经济价值的研究课题。为验证X射线吸收光谱法测量塑料薄膜厚度的可行性,制作了不同厚度的聚乙烯塑料薄膜实验样本,设置30 kV的管电压以及1μA的管电流激发X射线,照射不同厚度的塑料薄膜样品,用X射线探测器采集空白光谱数据和不同样本的原始X射线吸收光谱数据,得到各光谱在256个通道中的光子强度。在数据分析过程中,为达到数据降维的效果,选择主成分分析法处理所采集的数据;再将维数降低后的新数据集分两次分析,一次直接进行机器学习,另一次进行归一化处理后再进行机器学习。在机器学习中,其中的70%作为训练集,剩余的30%作为测试集,输入数据为各组样本X射线吸收光谱,输出数据为模型预测的塑料薄膜厚度。同时,为降低随机性导致的误差,多次训练,以平均的准确率来评价厚度估计的效果。最后,对比分析实验数据的结论是,当误差包容度设置为50μm时,使用归一化处理后经机器学习的X射线吸收光谱法测量塑料薄膜厚度的准确率可以达到98.4%。同时,只要增加原始光谱数据的样本数,并有效规划不同厚度的采样分布,理论上可以大大提高该方法的精度,而且可以推广到其他材料的测厚任务。与市场上的其他测厚方式相比,X射线吸收光谱法测厚具备无损检测、快速检测以及适用范围广的优势,这对于丰富厂家生产线以及相关监管部门的塑料薄膜测厚技术、提高测厚效率、提升测量准确率具有较好的应用前景。

不同种群蜈蚣草中砷形态的X射线吸收光谱研究

研究选择了分布于我国安徽、重庆、湖南、台湾、福建、广西、广东等7个省、市、自治区中10个不同地理区域的13个蜈蚣草种群,通过同步辐射X射线吸收光谱研究不同种群蜈蚣草中的砷形态差异,为揭示其富集机理奠定基础。蜈蚣草根部的砷主要以与O结合的方式存在,各种群的蜈蚣草根部还存在As—S配位的砷,但含量较少。蜈蚣草根部中的砷以As（Ⅴ）为主,As（Ⅴ）的比例为59.6%±0.6%～83.8%±3.8%。不同种群的根部砷形态具有较大差异,HN5种群具有明显高于其他种群的As（Ⅲ）比例,FJ种群具有明显低于其他种群的As（Ⅲ）比例,而来自湖南和广西的几种种群具有较高的As-GSH比例。As（Ⅴ）比例由低到高的顺序为：HN5HN3〉HN1〉TW〉CQ〉AH〉FJ〉HN5〉HN2〉GX2〉GX3〉HN4〉GX1。对蜈蚣草中砷形态的种群差异揭示有利于对蜈蚣草砷富集能力的种群差异来源机制进行深入研究。

X射线吸收光谱技术中的滤光片研制

在同步辐射X射线吸收光谱(XAS)实验中,X射线滤光片用于吸收样品的康普顿散射和弹性散射,改善荧光信号的质量。我们将ZnO颗粒分散在聚氨酯溶液里,通过恰当的喷涂工艺,获得ZnO滤片。X射线衍射(XRD),X射线荧光(XRF)及X射线吸收光谱(XAS)实验结果表明:在滤片制备过程中,ZnO结构保持不变。进一步地,ZnO滤片用于测量Ga2O3的Ga K边XAS谱,显示出好的信噪比。采用同样的方法还制备了其它X射线滤光片,表明这种X射线滤光片制备技术的可行性和实用性。

同步辐射X射线吸收光谱在环境矿物学中的应用

本文介绍了同步辐射X射线吸收光谱(XAS)在环境矿物学中的应用与进展,尤其是在矿物载体催化剂的环境催化活性研究、固-液界面的微观机制研究、毒性痕量元素在矿物中赋存状态的研究、核废料的矿物处置研究等方面的发展现状。最后指出,XAS对推动环境矿物学的发展、优化环境矿物材料和原料的工艺流程具有独特的优势,在我国还有待进一步加强其发展和应用。

矿物和玻璃中MgK-边X射线吸收光谱研究

The coordination of Mg in spinel, diopside and pyrope is 4,6 and 8,respectively. The spectral profiles of these minerals are different, and the Mg K edge shifts towards higher energy with increase in the coordination number of Mg. The former may be related to the coordination geometry, and the latter to the Mg—O band distance. Mg K edge(peak 1) tends to shift to higher energy with the increase in Mg-O band distance, but also to shift to lower energy with increase in the band valence of Mg with oxygen. Mg in CaMgSi 2O 6(Di) NaAlSi 3O 8(Ab)glasses may be multiple structural sites.

纳米薄膜X射线吸收光谱的鉴定

采用X射线吸收光谱研究了热丝化学气相沉积 (CVD)合成的纳米金刚石薄膜和脉冲激光沉积的纳米SiC薄膜。结果表明 :纳米金刚石薄膜的碳K边X射线吸收精细结构光谱显示的激发峰相当于微米金刚石薄膜的蓝移 ,是量子效应的显著特征 ,证明制备的是纳米金刚石薄膜 ,与高分辨透射电镜的结果完全吻合 ;纳米SiC薄膜的硅K边X射线吸收精细结构光谱和扩展X射线吸收精细结构光谱也显示了纳米薄膜短程有序的结构特征 。

基于GA-BP神经网络的塑料X射线吸收光谱的辨识

采集15种塑料样本的X射线吸收光谱(XAS),对光谱数据进行预处理和主成分分析,建立误差反向传播(BP)神经网络和遗传算法优化的误差反向传播(GA-BP)神经网络模型,利用训练集进行网络训练,并通过测试集进行验证。结果表明,GA-BP神经网络相比于BP神经网络可以更好更稳定的对塑料样本的XAS进行识别,这对塑料的回收具有重要的指导意义。

利用同步辐射X射线吸收光谱技术表征Ziegler-Natta催化剂活性位点的研究进展

Ziegler-Natta催化剂是聚烯烃生产的核心,但在原子层面对催化剂结构和聚合机理的认识仍不够清晰。同步辐射X射线吸收光谱(XAFS)技术可有效观测催化剂活性中心原子临近壳层的化学结构,辅助探究聚合机理。综述了利用XAFS技术对Ziegler-Natta催化剂进行表征的研究进展,重点关注催化剂各组分对活性中心结构的影响,并对聚合机理的研究进行总结。

合成掺铁水晶同步辐射X射线吸收光谱初探

紫晶等掺铁水晶的致色机理非常复杂,伴随着研究方法的进步对其致色机理认识逐渐深入。通过化学分析、紫外-可见光谱、电子顺磁共振、理论计算等研究方法,人们已经提出了多种致色模型。同步辐射X射线吸收光谱(XAS)技术,通过高亮度X射线激发样品中Fe离子的光电效应来采集吸收光谱,并对光谱中的边前峰、吸收边和主峰进行分析,可以直观了解Fe元素在掺铁水晶中的价态、占位情况。合成紫黄晶、绿水晶的颜色和Fe元素密切相关,利用XAS技术考察Fe元素在三者中的价态、占位情况有助于了解三种Fe致色水晶在致色机理上的差异。本文对水热法合成紫黄晶和绿水晶进行了同步辐射XAS实验,结果表明合成绿水晶中含有Fe^(2+)和Fe^(3+),并可能占据在八面体间隙(I6)。合成紫黄晶中以Fe^(3+)为主,紫晶区域Fe^(3+)占据对称型更低的四面体间隙或占据两种间隙位(I4和/或S)而黄晶区域中Fe^(3+)则只占据一种四面体位。实验结果证明了间隙位Fe^(3+)对紫晶致色具有重要意义,说明了Fe在不同颜色掺铁水晶中各不相同。

基于X射线吸收光谱的煤矸石鉴别

针对纹理识别、图像处理、红外辐射传统方法对于煤矸石的快速鉴别的准确率不高及鉴别时间过长的问题,利用X射线吸收光谱(XAS)的白矸石和煤矸石的快速鉴别,对部分样本进行光谱数据测量,绘制光谱图像,分析不同煤矸石占比混合物的光谱区别所在.进而继续扩大样本空间多次重复测量.经去背景、归一化等方法处理最终得到了160组吸收光谱数据.应用主成分分析,对主成分采用最小二乘法得到线性回归方程,通过方程可以求解得到预测结果.为了避免线性回归效果不佳的情况,还对数据进行了非线性回归分析,根据训练集数据建立径向基神经网络,对比测试集输出和期望值得出误差进而检验精度.结果可见采用RBF神经网络的算法准确度更高,得到的结果平均绝对误差仅0.86%,均方误差仅为0.44%,可以较为精确地完成煤矸石含量预测.

X射线吸收光谱法在纺织材料识别中的应用

针对纺织行业中经常出现的纺织材料以次充好等造假问题,提出了一种使用X射线吸收光谱来进行自动无损识别的解决方案。使用X射线光谱探测器采集不同材料的光谱数据。首先,通过归一化处理,减少布料厚度对分类结果的影响;其次,使用3种不同的数据降维方法即主成分分析法(PCA)、线性判别分析法(LDA)、因子分析法(FA)对光谱数据进行降维处理;然后,将降维后的特征向量输入支持向量机分类模型进行分类识别;最后,采取精确率、召回率、F1-Score3个指标综合衡量不同的数据降维方式对分类结果的影响,最终找到最为理想的数据降维方式,进而建立最为准确的识别模型。该自动识别检测方法能够对试验中大部分纺织材料进行分类和识别。

基于X射线吸收光谱全能谱拟合的金属薄膜面密度测量方法

提出一种基于X射线吸收光谱(XAS)的全能谱拟合方法,先通过样品元素的衰减系数曲线和射线源的本底能谱曲线获得样品的理论吸收能谱,再将理论吸收能谱与实际穿过样品的吸收能谱进行拟合,由退火算法计算得到薄膜样品的元素面密度值。该方案有效降低了噪声与探测器响应函数引入的误差。实验结果表明,系统在单元素下的测量结果重复测量标准偏差较小,测量不确定度在10-4g/cm^(2)量级,且能进行多元素薄膜面密度的测量,满足惯性约束聚变实验中对金属薄膜无损与高稳定的测量需求。

在磷硅酸盐玻璃中八面体配位的硅:K边X射线吸收光谱研究

众所周知,在高压条件下,硅酸盐矿物和玻璃中的硅可以形成八面体配位,但在通常的低压硅酸盐玻璃中,硅为四面体配位,因为玻璃中硅的八面体配位会迫使形成周期性结构,破坏玻璃的非晶态。目前几乎没有文献报道在低压硅酸盐玻璃中存在八面体配位的硅。很久以来,人们一直对于含磷的硅酸盐玻璃和熔体有很大兴趣,因为一方面含磷的硅酸盐玻璃是很有前景的光导纤维材料,另一方面,在地球化学上P_2O_5加入到岩浆体系中,会导致液相不混溶,降低岩浆的液相线温度和粘度,影响元素在固相-液相和液相-液相之间的分配,尽管有报道证明在钠的磷硅酸盐玻璃中存在八面体配位的硅,但此结果仍有一定的争议。本文采用同步辐射的硅K边X射线吸收光谱研究了硅在SiO_2-P_2O_5和Na_2O-SiO_2-P_2O_5体系的磷硅酸盐玻璃中的结构与配位,以及硅的配位几何随玻璃中P_2O_5含量的变化。

用延展X射线精细结构吸收光谱研究Zn(Ⅱ)-TiO_2体系的颗粒物浓度效应和吸附可逆性

用延展X射线精细结构吸收光谱(EXAFS)研究了不同颗粒物浓度(Cp)下重金属Zn(Ⅱ)在锐钛型TiO2上吸附产物的微观构型,考察了Cp、吸附微观构型与可逆性的关系。宏观的吸附-解吸等温线结果表明,Zn(Ⅱ)-TiO2体系的吸附等温线随Cp的增加而显著降低,有明显的Cp效应;且吸附可逆性随Cp的增加逐渐减小。EXAFS结果表明,Zn(Ⅱ)主要是通过共用水合Zn(Ⅱ)离子及TiO2表面上的O原子结合到TiO2表面上,其平均Zn-O原子间距为(1.98±0.01)。同时,第二配位层(Zn-Ti层)的EXAFS图谱分析结果表明存在两个典型的Zn-Ti原子间距,即R1=(3.26±0.01)(边-边结合的强吸附)和R2=(3.70±0.01)(角-角结合的弱吸附)。吸附密度相近、平衡浓度不同的三个吸附样品,随Cp的增加,强吸附位(N1)基本不变而弱吸附位(N2)减少,两者比值(N1/N2)由0.629增加至0.690。该比值的变化从微观角度解释了宏观吸附-解吸实验中Cp增加,可逆性减小的实验现象。同时,EXAFS实验结果也从微观上证明了亚稳平衡态吸附理论(MEA理论)的吸附密度(Γ)不是状态函数的基本假设。

理论研究晶体场效应和电荷转移效应对Co^(2+)的2p电子X射线L2,3吸收边光谱的影响

运用多重态计算方法研究了在正八面体对称性的晶体场中Co^(2+)离子的2p电子X射线L2,3吸收边光谱,研究了Co^(2+)离子和周围的配位离子之间的正八面体(Oh)晶体场效应和相应的电荷转移效应对于吸收光谱的影响.系统讨论了在多重态计算中起作用的所有物理参数对CoO和CoCl_(2)的X射线吸收光谱特性的特定影响及其物理机制.将计算得出的光谱数据和同样具有Oh对称性结构Co^(2+)离子的CoO和CoCl_(2)实验光谱数据进行了对比,在实验光谱数据中发现的特征被确定为来自不同自旋态,并且光谱强度的变化与晶体场的强度相关,揭示了其中包含的电荷转移效应.本文为低对称性复杂系统的多重态计算提供了一个基础的参考标准,可以适用于含有钴元素或其它过渡金属的复杂体系的X射线吸收光谱的理论计算.

同步辐射X射线吸收谱及其在矿物学、地球化学中的应用

矿物谱学是目前矿物学，甚至岩石学、地球化学中方兴未艾的一个研究领域。但现在常用于矿物学研究的谱学方法都有一定的局限性，如穆斯堡尔谱只能研究穆斯堡尔核，通常为５７Ｆｅ、１１９Ｓｎ。可见吸收光谱限于研究能产生颜色的过渡金属离子或色心，电子顺磁共振谱要求被...

老化过程中铜形态变化的X射线吸收精细结构谱的(XAFS)初步研究

利用X射线吸收精细结构谱(XAFS)对老化过程中土壤中铜的分子形态进行初步表征。以硫酸铜、氧化铜和硫化铜的X射线吸收扩展边结构(EXAFS)谱为参比,对土壤样品中Cu的EXAFS谱进行拟合,得到不同老化阶段与参比物质相对应的结合态Cu的百分含量,并与连续提取法表征进行比较。XAFS分析结果表明,老化阶段土壤样品中铜的主要结合形态是CuSO_4,同时还有部分CuS,基本不含有CuO。随着时间的推移,土壤中CuSO_4百分含量呈现出下降的趋势,CuS百分含量呈现出上升的趋势。这与连续提取法研究结果中其可交换态的百分比下降,残渣态上升的趋势相似。

蜈蚣草孢子囊元素组成的X射线光谱分析

砷超富集植物蜈蚣草具有超强的砷吸收和富集能力,生物量大,被认为是修复砷污染土壤的理想植物材料。基于砷超富集植物蜈蚣草的植物修复技术已经推广应用到了我国20多个污染区的土壤修复实践中。目前所报道的所有蜈蚣草均具有砷超富集能力,并且该特性能够得到稳定遗传。蜈蚣草是如何通过仅仅几十个微米的孢子将这种砷超富集能力传递给下一代?与其他微区分析手段相比,基于同步辐射X射线的荧光光谱和吸收光谱分析灵敏度高、操作简便,近年来被广泛应用到超富集植物的研究中,它也使得研究几十个微米的孢子中砷及其他元素的分布成为可能。为了揭示砷超富集植物蜈蚣草孢子的化学元素组成,该研究采用同步辐射X射线荧光探针分析技术首次揭示了蜈蚣草的生殖细胞——孢子中砷、铜、锌等微量元素的浓度分布,以及钾、钙等大量元素的浓度分布;并将砷的分布趋势与大量营养元素钾、钙、铁、硫,以及微量元素铜、锌的分布趋势进行对比。蜈蚣草的微区元素分布研究表明,孢子囊中砷和钙、砷和硫的分布特征具有相似性,砷和硫、钙更有可能同时聚集在孢子中。这表明,在孢子产生和萌发过程中,砷、硫和钙可能发挥着重要作用。为了揭示变价元素砷在孢子中的存在形式,采用同步辐射X射线吸收光谱首次揭示了蜈蚣草孢子中砷的微区形态,结果表明,蜈蚣草孢子中砷的存在形态与羽叶一致,以低价态的AsⅢ为主。AsⅢ是活性和毒性都相对较强的一种砷存在形式。这表明蜈蚣草孢子对于高毒性高活性的三价砷具有较强耐性。通过采用高分辨率低检测限的X射线荧光探针和X射线吸收光谱技术,揭示砷超富集植物蜈蚣草孢子中砷的分布和存在形式,研究结果为了解蜈蚣草砷富集能力的遗传特性提供基础信息。

基于X射线吸收谱的不同生物组织的辨识

为了验证X射线吸收光谱法对生物组织的辨识能力,选取猪的心脏、肝、肾、胃、瘦肉以及肥肉作为实验样本,以55 k V的电压激发X射线管,利用X射线探测器获取这6类生物组织样本的X射线吸收光谱.将采集到的光谱数据分为测试集与训练集,利用主成分分析法提取光谱主成分,以训练集为输入建立径向基函数(RBF)神经网络分类预测模型,对测试集样本进行分类预测.通过交叉验证法对所有样本进行辨识的识别正确率达到90.22%.实验结果表明,X射线光谱技术结合主成分分析法和RBF神经网络能够很好地用于猪的组织分类,对将X射线光谱技术应用于生物组织辨识具有重要的指导意义.

几种与X射线吸收谱有关的技术

扼要介绍几种与XAFS有关的技术 .原子的XAFS(AXAFS) ,这是由吸收原子的外层价电子的散射造成的 ,主要用来研究原子外层的电子结构及近邻环境的关系 .近边结构X射线显微境 ,这是将NEXAFS与X射线显微镜相结合的成像技术 ,除了利用相同元素在近边区吸收的差异可清晰成像的技术以外 ,还可作出生物分子中各有机分子或天然元素的定量分布图 .光声X射线吸收精细结构 ,这是通过在吸收边两侧测量光声信号获得XAFS的技术 ,利用相位的延滞 ,可测得薄膜的厚度 .与其它技术联合形成综合谱 :DAFS是XRD与XAFS的综合谱 ,可研究在特定的位置上特定价态原子的近邻结构 ;XAFS还可以与X射线Raman、X射线粉末衍射、光电子能谱等技术联合用于结构研究 .